淺析壓力容器機(jī)加裝夾方式改進(jìn)實(shí)踐

宋陽(yáng) 薛鋼

摘要：壓力容器作為常用的工業(yè)設(shè)備，在加工生產(chǎn)中常離不開(kāi)裝夾操作。本文主要討論為保證薄壁壓力容器機(jī)加精度所采用的裝夾方式。通過(guò)分析在各個(gè)機(jī)加工序過(guò)程中的難點(diǎn)并結(jié)合立式裝夾與臥式裝夾的優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)確定最終的壓力容器機(jī)加裝夾改進(jìn)方案。希望本文能對(duì)相關(guān)人員具有一定的啟發(fā)作用。

關(guān)鍵詞：薄壁;壓力容器;裝夾;立式;臥式;機(jī)加

壓力容器是一種能夠承受壓力的密閉容器。壓力容器的用途極為廣泛，它在工業(yè)、民用、軍工等許多部門以及科學(xué)研究的許多領(lǐng)域都具有重要的地位和作用。在壓力容器加工生產(chǎn)中常離不開(kāi)裝夾操作，下面探討一種保證薄壁壓力容器機(jī)加精度所采用的裝夾方式。

前言

在柱式薄壁壓力容器制造過(guò)程中按照工藝要求依次完成了上下法蘭面外圓的粗車、孔的加工以及上下法蘭面的精車削，現(xiàn)要進(jìn)行法蘭孔的加工。此工序直接影響著壓力容器的裝配精度。此壓力容器高2794mm，內(nèi)徑為3505.2mm，壁厚為25.4mm。需要加工法蘭上均布的40個(gè)法蘭孔。

針對(duì)法蘭孔的位置以及筒體的分析，加工難點(diǎn)主要表現(xiàn)在：其一，相對(duì)壓力容器的高度，筒壁可以認(rèn)為薄壁件，加工時(shí)候的振動(dòng)易造成刀具的損傷，從而影響加工件的質(zhì)量;其二，容器內(nèi)徑為3505.2mm，壁厚25.4mm，筒體在吊裝過(guò)程中容易產(chǎn)生機(jī)械變形，另外，孔與底法蘭內(nèi)圓以及頂法蘭上表面更有位置度要求為0.38mm，公差相對(duì)嚴(yán)格，這一要求在加工上增添了難度。

考慮上述難點(diǎn)與各個(gè)工序，選擇數(shù)控落地鏜銑床TK6920B來(lái)加工。此設(shè)備工作臺(tái)尺寸滿足此容器加工的同時(shí)，還可以進(jìn)行360°的旋轉(zhuǎn)，方便找正。此設(shè)備為三軸聯(lián)動(dòng)，加工精度可滿足相應(yīng)要求。在此考慮進(jìn)行了兩種加工方式的實(shí)驗(yàn)。

一、柱式薄壁壓力容器的臥式加工

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，類似零件一般采用“V”型鐵輔助臥式加工。這種加工方式方便程序編程加工，而且能提高加工的準(zhǔn)確性。

（一）前期準(zhǔn)備工作

壓力容器的壁厚為25.4mm，相對(duì)3m高的筒體可認(rèn)為薄壁件，吊裝過(guò)程中能引發(fā)筒體擠壓變形，造成筒體失去本身固有的形狀。另外，臥式放置本身的重力以及捆扎帶的壓力會(huì)造成筒體上下兩邊突的變形。

而在壓力容器內(nèi)部裝入撐圓器，可以有效地防止上述情況的產(chǎn)生。撐圓器結(jié)構(gòu)是由24個(gè)調(diào)整螺栓均布在環(huán)形梁上焊接而成，通過(guò)調(diào)節(jié)與筒體內(nèi)壁貼合的螺栓與筒體之間的間隙實(shí)現(xiàn)調(diào)整容器圓柱度。吊裝前在筒體內(nèi)部裝入撐圓器，撐圓器中間由支撐立柱鏈接。調(diào)整撐圓器上的螺栓，在保證筒體圓柱度在允許范圍內(nèi)的同時(shí)，又可以確保薄壁壓力容器內(nèi)徑與筒體在自由狀態(tài)下的內(nèi)徑差值在公差內(nèi)。

（二）找正與裝夾

（1）“V”型鐵的找正裝夾

準(zhǔn)備工作結(jié)束后，首先要進(jìn)行的是找正“V”型鐵。兩“V”型鐵規(guī)格為2000mm×600mm×700mm×120°，均布在可回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，兩者間隔為1400mm。以“V”型鐵其中一邊為基準(zhǔn)，另一邊測(cè)得的數(shù)據(jù)最大差值僅為0.04mm，相對(duì)內(nèi)徑高度為3m多的壓力容器并不影響加工精度。而且，壓力容器的外端為毛坯面，放置到“V”型鐵后還需要進(jìn)一步的找正。

（2）薄壁壓力容器的找正與裝夾

薄壁壓力容器放置在已經(jīng)找正的“V”型鐵上，以已經(jīng)加工完成的底法蘭面為基準(zhǔn)XY兩個(gè)方向上校表找正筒體，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)使頂法蘭面朝向主軸，以XY兩個(gè)方向校表驗(yàn)證頂法蘭面。驗(yàn)證結(jié)果可知底法蘭面找正后在X軸方向上已找平，Y軸方向頂部比底部高0.348mm，略前傾;頂法蘭面X軸方向差0.02mm，Y軸方向相差0.365mm。這樣的差值在0.38mm之內(nèi)滿足找正條件，可以進(jìn)行裝夾。

薄壁壓力容器在裝夾時(shí)用卡箍帶固定，尾部配彎板輔助支撐。完成后驗(yàn)證底法蘭頂法蘭端面與主軸的垂直度，驗(yàn)證結(jié)果可知，經(jīng)裝夾后底法蘭和頂法蘭在X方向上基本無(wú)變化，在Y方向上最大差0.3mm，說(shuō)明在裝夾過(guò)程中沒(méi)有引起薄壁壓力容器“前傾”或者“后仰”的位置變化。

2、程序?qū)崿F(xiàn)

臥式加工方式最大的好處是能將圖紙給出孔的直角坐標(biāo)系直接寫入程序內(nèi)。但在實(shí)際的裝夾過(guò)程中，很難將0°～180°線、90°～270°線線與X軸線、Y軸線相平行，他們之間總會(huì)有一定的夾角。這樣在程序編寫上若仍按常規(guī)的編寫方式，則要將偏移后各個(gè)孔的坐標(biāo)重新進(jìn)行計(jì)算，這樣將會(huì)帶來(lái)煩瑣的計(jì)算量，進(jìn)而臥式加工方式的優(yōu)勢(shì)就不復(fù)存在。

為解決這一問(wèn)題，方便程序編寫實(shí)現(xiàn)。引入旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系“ROT”命令。在實(shí)際加工中測(cè)得筒體的0°～180°線、90°～270°線構(gòu)成的直角坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系的夾角為20°，Z軸垂直于要加工面，因此旋轉(zhuǎn)時(shí)要以Z軸為中心，程序?qū)崿F(xiàn)上，只需在程序開(kāi)頭處加入ROTZ20，其他的坐標(biāo)系按照原圖紙上的坐標(biāo)來(lái)進(jìn)行編寫即可。

三、加工過(guò)程及測(cè)量結(jié)果

程序驗(yàn)證結(jié)束后，進(jìn)行法蘭孔的鉆削。在試加工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，鉆孔時(shí)筒體有振動(dòng)，特別在加工頂部孔的時(shí)候，振動(dòng)尤其嚴(yán)重。另外，鉆孔結(jié)束后，在XY方向分別取直徑上兩孔，分別測(cè)量?jī)煽字g的距離。測(cè)得數(shù)據(jù)：

X方向：11138.51-7642.615+10=3505.895;

Y方向：3620.129-129.823+10=3500.306;

兩個(gè)方向上的孔距相差5.59mm，超出了公差的范圍。

分析總結(jié)后，薄壁壓力容器裝夾時(shí)雖有“V”型鐵定位，但是壓緊裝置只有卡箍帶輔助一彎板，裝夾強(qiáng)度不能滿足加工需求，而且切削力的方向與夾緊力的方向不平行，加工極易發(fā)生振動(dòng)。另外，薄壁壓力容器內(nèi)雖然裝有內(nèi)撐圓加以支撐，防止筒體變形。但是沒(méi)有考慮薄壁壓力容器本身自重，造成了筒體與孔距嚴(yán)重超差。因此，這種理論性的臥式加工方式在實(shí)際加工中不可取。

四、薄壁壓力容器立式加工

數(shù)控落地鏜銑床TK6920B工作臺(tái)可以在平面360°內(nèi)任意旋轉(zhuǎn)角度為薄壁壓力容器立式加工提供了可能性。筒體直徑為3556mm，限于Z軸的長(zhǎng)度，鉆孔不可能一次性將所有的孔都加工完。只能每次旋轉(zhuǎn)90°，分4次加工。

（一）前期準(zhǔn)備

鑒于薄壁壓力容器易變形的特點(diǎn)，在裝夾前仍需將3層內(nèi)支撐放置在筒體內(nèi)，調(diào)整撐圓器上的螺栓，保證筒體圓柱度以及中筒體內(nèi)徑差值在允許范圍之內(nèi)，并將撐圓器點(diǎn)焊在筒體上。

（二）找正裝夾

將準(zhǔn)備好的筒體放置在已經(jīng)清掃干凈的工作臺(tái)面上，底法蘭朝上，驗(yàn)證底法蘭的平面度，可知平面度在0.15mmm之內(nèi)，滿足加工要求。然后以已經(jīng)加工的底法蘭外圓為基準(zhǔn)，找正屏蔽罩中心與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心同心，找正結(jié)果顯示底法蘭圓度較好，未發(fā)生明顯的變形。裝夾過(guò)程中，在與工作臺(tái)貼合的頂法蘭處用均布的壓板固定，與底法蘭相近內(nèi)撐圓處選擇合適3～4個(gè)位置點(diǎn)進(jìn)行壓緊。

（三）程序?qū)崿F(xiàn)

薄壁壓力容器裝夾完成后，開(kāi)始程序的編寫。編寫過(guò)程中無(wú)法直接用圖紙給出孔的直角坐標(biāo)，必須進(jìn)行計(jì)算轉(zhuǎn)換下。將直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成孔中心到筒體中心的距離以及孔中心筒體中心連線與0°～180°線的夾角。程序?qū)崿F(xiàn)時(shí)候調(diào)用鉆孔循環(huán)CYCLE80，結(jié)合極坐標(biāo)進(jìn)行鉆孔加工。

（四）加工過(guò)程及測(cè)量結(jié)果

程序驗(yàn)證結(jié)束后，進(jìn)行鉆孔加工。在加工過(guò)程中，由于鉆頭垂直于工作臺(tái)面，鉆削力的方向平行于筒體側(cè)壁，且平行于壓板壓緊力的方向，故相對(duì)于立式加工方式振動(dòng)要輕很多，得到孔的表面質(zhì)量也相對(duì)比較高。

加工結(jié)束后，利用激光跟蹤儀進(jìn)行孔之間的位置以及孔的位置度的測(cè)量，測(cè)得的數(shù)據(jù)都在圖紙加工要求的范圍內(nèi)。

結(jié)語(yǔ)

在薄壁壓力容器加工過(guò)程中，先后進(jìn)行了臥式和立式的兩種加工方法的試驗(yàn)。在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，臥式加工方式容易引起屏蔽罩的變形和振動(dòng)，而立式加工方式加工比較平穩(wěn)，且能鉆削出高質(zhì)量的符合要求的法蘭孔。類似這種大型薄壁工件在加工時(shí)選擇立式加工方式能有效地避免振動(dòng)和變形，進(jìn)而能得到較高的加工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]張延榮.淺談普通機(jī)床數(shù)控化改造技術(shù)[J].民營(yíng)科技，2017（6）：14.

作者簡(jiǎn)介：

宋陽(yáng)，薛鋼，沈陽(yáng)東方鈦業(yè)股份有限公司。